干旱响应的大豆G-box结合因子GmDIBL1的克隆和功能鉴定

干旱是典型的非生物逆境之一,严重影响作物的产量品质.鉴定作物抗/耐旱关键基因功能,解析其调控机制,对于培育抗/耐旱作物新种质、保障粮食安全具有重要意义.大豆是对干旱逆境较敏感的作物,挖掘寻找大豆抗/耐旱基因、鉴定其功能、明确其调控机制是大豆抗逆研究领域的热点.通过分析干旱处理的大豆根转录组数据,获得一个受干旱诱导的G-box结合蛋白基因GmDIBL1(Drought Induced B12D Like 1),克隆的cDNA序列包含1个长261 bp的开放阅读框,编码86个氨基酸残基,推导的分子量为10.1 kD,等电点为9.647.GmDIBL1蛋白质序列与其他物种的G-box结合蛋白之间具有较高的保守性,包含B12D结构域(6~73个氨基酸残基)和跨膜螺旋,N-端具有信号肽,C-端构成非胞质区域(34~86氨基酸残基),该蛋白定位于细胞核.GmDIBL1基因在根瘤中的表达水平最高,根中次之.干旱处理12 h后,其表达水平显著升高.在耐旱性较强的‘晋豆21’根中的表达水平显著高于干旱敏感的‘绥农26’中的表达水平.进一步通过在大豆毛状根中超量表达和敲除GmDIBL1基因,鉴定了转基因材料对干旱的响应,证明超量表达GmDIBL1基因显著提高毛状根复合体的抗旱性.这些结果说明GmDIBL1基因是大豆中一个响应干旱胁迫的基因,在大豆抗/耐干旱逆境中具有重要作用.

棉花纤维优势表达基因GhSLD1启动子的克隆和功能分析

【目的】棉花纤维是棉花的主要经济产品,是由胚珠外珠被表皮细胞经极性伸长和次生壁加厚而成的单细胞。棉花纤维细胞是最长的植物细胞之一,是研究植物细胞生长发育的理想材料。鉴定纤维细胞特异或优势表达启动子可为纤维发育的基础研究提供控制目标基因表达的调控序列,为改良纤维性状的分子育种提供依据。【方法】克隆纤维细胞优势表达基因GhSLD1的启动子,通过启动子序列分析网站PlantCARE分析克隆序列中包含的重要顺式调控元件。根据部分重要顺式调控元件的分布,对克隆启动子片段进行5′-端删除,共获得4个启动子片段,并构建了相应的植物表达载体。利用构建的植物表达载体进行烟草和棉花的遗传转化,通过转基因烟草和棉花的分子鉴定明确转基因植株。并检测转基因植株不同组织器官、纤维细胞不同发育时期的GUS活性。【结果】克隆获得最长启动子片段为2900 bp,除了包含多个启动子必备转录调控元件外,还包含多个脱落酸响应元件、厌氧诱导元件、茉莉酸甲酯响应元件、油菜素内酯响应元件、种子特异调控元件、胁迫响应元件和MYB转录因子结合位点。通过5′-端删除获得长度分别为2900(GhSLD-P1)、2178(GhSLD1-P2)、1657(GhSLD1-P3)和1232 bp(GhSLD-P4)4个启动子片段,经分子鉴定,获得4个片段的转基因烟草,在转基因烟草中,GhSLD-P1、GhSLD1-P2和GhSLD1-P3不表达,而GhSLD-P4广泛表达,表达强度与CaMV 35S启动子相似。GhSLD1-P3和GhSLD-P4差异序列中包含4个脱落酸响应元件、2个油菜素内酯响应元件和3个MYB结合位点,这些顺式调控元件可能与GhSLD1-P1、GhSLD1-P2和GhSLD1-P3在转基因烟草中不表达有一定关系。经分子鉴定,获得GhSLD1-P2转基因棉花。GhSLD1-P2在转基因棉花纤维中优势表达,在转基因花粉中有较低的表达,在其他组织器官中几乎不表达。在纤维细胞的生长发育过程中,GhSLD1-P2在纤维细胞早期生长阶段(5 DPA)表达较低,在纤维细胞伸长期(10—15 DPA)表达水平相对较高,在纤维细胞次生壁合成期(20—30 DPA)表达水平有所降低。【结论】GhSLD1-P4启动子是一个广泛表达启动子,GhSLD1-P2启动子是一个纤维细胞优势表达启动子,在纤维细胞伸长期表达量相对较高。可应用于棉花纤维发育相关基因的功能研究和改良纤维性状的分子育种。